פיזיקת החלקיקים מציעה השקפות חדשות על טיפול פרוטונים ב-FLASH - עולם הפיזיקה

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-11.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-11.jpg" data-caption="לקראת FLASH מונחה תמונה סורק PET שפותח על ידי Karol Lang ועמיתיו יכול לדמיין ולמדוד את ההשפעות של טיפול פרוטונים בזמן שהקרן מועברת. (באדיבות: מרק פרוגה, אוניברסיטת טקסס באוסטין)”>

טכנולוגיות פורצות דרך שנוצרו במקור עבור הניסויים השאפתניים ביותר בפיזיקה של חלקיקים עוררו לעתים קרובות חידושים בטיפול ובאבחון רפואי. ההתקדמות בהנדסת מאיצים והנדסת קווי קרן סייעו בפיתוח אסטרטגיות יעילות ביותר לטיפול בסרטן, בעוד שגלאים שנועדו ללכוד את החלקיקים החמקמקים ביותר הציעו דרכים חדשות לראות את פעולתו הפנימית של גוף האדם.

באחד הפיתוחים האחרונים, צוות מחקר אמריקאי בראשות קרול לאנג, פיזיקאי חלקיקים ניסיוני מאוניברסיטת טקסס באוסטין, השיג לראשונה הדמיה בזמן אמת של ההשפעות של טיפול פרוטונים ב-FLASH לפני, במהלך ואחרי מסירת הקורה. טיפולי ה-FLASH המתפתחים נותנים מינונים גבוהים במיוחד על פני לוחות זמנים קצרים במיוחד, אשר יכולים להכחיד ביעילות תאים סרטניים תוך גרימת פחות נזק לרקמות בריאה. טיפולי FLASH דורשים פחות הקרנות על פני מחזורי טיפול קצרים יותר, מה שיאפשר ליותר מטופלים להפיק תועלת מטיפול בפרוטונים ולהפחית משמעותית את הסיכון לתופעות לוואי הקשורות לקרינה.

צוות המחקר, הכולל גם פיזיקאים רפואיים במרכז MD Anderson Proton Therapy ביוסטון, הפיק את התמונות באמצעות סורק שתוכנן במיוחד לטומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET), טכניקה שבעצמה עלתה מניסויים חלוציים ב-CERN בשנות ה-1970. . באמצעות חמישה פאנטומים שונים הפועלים כפונדקאים למטופל אנושי, הצוות ניצל את מכשיר ה-PET המותאם שלהם כדי לדמיין הן את ההתפרצות המהירה של קרן הפרוטונים והן את ההשפעות שלה עד 20 דקות לאחר ההקרנה.

"הקרנה על ידי פרוטונים מייצרת איזוטופים קצרי מועד בגוף שבמקרים רבים הם פולטי פוזיטרונים", מסביר לאנג. "עם טיפול פרוטונים FLASH הקרן מייצרת עוצמת פוזיטרונים גבוהה יותר, מה שמגביר את עוצמת האות. אפילו עם מערכי גלאי PET קטנים הצלחנו לייצר תמונות ולמדוד גם את שפע האיזוטופים וגם את התפתחותם לאורך זמן".

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="קטן אך חזק מערכי הגלאים המשמשים בסורק ה-PET קטנים יחסית, אך עוצמת אלומת ה-FLASH מאפשרת להפיק תמונות ולמדוד את שפע האיזוטופים. (באדיבות: מרק פרוגה, אוניברסיטת טקסס באוסטין)" title="לחץ כדי לפתוח תמונה בפופאפ" href="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" >

המדידות שתועדו במהלך ניסויים אלה בהוכחת העקרונות מצביעות על כך שסורק PET בתוך קרן יכול לספק הדמיה ודוסימטריה בזמן אמת לטיפולי טיפול בפרוטונים. הצוות אפילו הצליח לקבוע את עוצמת קרן הפרוטונים על ידי זיהוי גמאות מיידיות - הנקראות כך מכיוון שהן מיוצרות על ידי ריקבון של גרעינים בטווחי זמן קצרים מאוד - שנוצרו במהלך חילוץ קרן הפרוטונים. רק עם שינוי קל של המנגנון, לאנג מאמין שניתן למדוד את הגמאות המיידיות כדי לקבל תמונת מצב של קרן הפרוטונים, כאשר לאחר מכן נעשה שימוש ב-PET כדי לעקוב אחר התפתחות האיזוטופים לאחר שהקרן נמסרה.

"תוצאות אלו מראות שזה יהיה רק ​​עניין של שיפור מערך הניסוי של הטכניקה כדי לספק מדידות שימושיות בסביבה קלינית", הוא אומר. "כמובן שאנחנו יודעים שעדיין יצטרכו הרבה בדיקות פרה-קליניות, אבל בשלב זה ברור שאין עצירות מראה לטכניקה."

לאנג ועמיתיו מתארים את גישתם ותוצאותיהם בשני מאמרים שפורסמו ב פיזיקה ברפואה וביולוגיה (PMB), לשניהם גישה חופשית. החוקרים גם נהנו ממודל פרסום מתהווה, הנקרא הסכם טרנספורמטיבי, שאיפשר להם לפרסם את שני המאמרים בגישה פתוחה ללא צורך בתשלום האגרות הרגילות לפרסום מאמרים.

על פי מה שנקרא הסכמים טרנספורמטיביים אלה, במקרה זה בין IOP Publishing ו-University of Texas System, חוקרים בכל מוסד בקבוצה האקדמית יכולים לגשת לתוכן מחקר ולפרסם את עבודתם ללא תשלום. ואכן, IOP Publishing – המוציאה לאור PMB מטעם המכון לפיזיקה והנדסה ברפואה – כעת יש הסכמים טרנספורמטיביים עם יותר מ-900 מוסדות ב-33 מדינות שונות, המספקים גישה חופשית ופרסום ברוב אם לא בכל תיק הכתבים המדעיים שלה.

מטרת הסכמי קריאה ופרסום אלה היא להאיץ את המעבר לפרסום בגישה פתוחה, מכיוון שהיא מונעת את הצורך של חוקרים לגייס מימון משלהם עבור חיובי פרסום. עבור לאנג, כל מהלך שיפתח את המדע ויאפשר לקהילות שונות לשתף פעולה יעזור להפעיל רעיונות חדשים מדיסציפלינות אחרות שיניעו חדשנות עתידית. "אם אני נתקל במאמר מעניין שאני לא יכול לגשת אליו, במיוחד אם הוא בתחום אחר, חסר לי מידע שעשוי לעזור לי בעבודתי", הוא אומר. "מידע פתוח וחינמי חיוני עבורנו כדי להתקדם."

מניסיונותיו שלו בפיזיקה של חלקיקים, לאנג ראה את היתרונות שיכולים להיווצר מתרבות מחקר פתוחה ושיתופית. "בפיזיקת חלקיקים כולם חולקים את מיטב המחשבות וההישגים שלהם, ואנשים רוצים להיות מעורבים במציאת דרכים שונות לפתח ולנצל רעיונות חדשים", הוא אומר. "בלי הלך הרוח השיתופי הזה, פריצות הדרך שראינו ב-CERN, פרמילב ובמקומות אחרים פשוט לא היו קורות."

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg" data-caption="עיצוב אישי קרול לאנג (במרכז) עם המהנדס מרק פרוגה (משמאל) וחוקר הפוסט-דוקטורט ג'ון סזאר וסורק ה-PET המיועד שפותח על ידי הצוות. תצורת הסורק מספקת מדידות בקרן בזמן שהמטופל מטופל. (באדיבות: מייקל ג'דה, אוניברסיטת טקסס באוסטין)" title="לחץ כדי לפתוח תמונה בפופאפ" href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers- new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg">

עם זאת, ברור שלנג מתוסכל מכך שחלק מהאנשים בקהילה הרפואית נראים כפחות פתוחים לרעיונות חדשים, במיוחד מפיזיקאי שאין לו ניסיון קליני קודם. "אנחנו יודעים שרבות מהטכנולוגיות הטובות ביותר בפיזיקה רפואית ובהדמיה גרעינית מגיעות מהתקדמות בפיזיקה של חלקיקים וגרעינים, אבל קשה להביא את הרעיונות החדשים האחרונים לרפואה", הוא אומר. "עכשיו אני מבין טוב יותר למה זה - שינוי הליכים רפואיים מנוסים ופרוטוקולי טיפול רשמיים הוא הרבה יותר מסובך מסתם החלפה בגלאי טוב יותר - אבל אני עדיין מאוכזב עד כמה קשה לחדור למגזר ולעסוק במחקר שיתופי".

בעוד לאנג ניסה לבנות גלאים רפואיים בעבר, הוא מכיר בכך שהוא ופיזיקאי חלקיקים אחרים יכולים להיות אשמים בנאיביות או אפילו יהירות בכל הנוגע להכנסת טכנולוגיות חדשות לסביבת בית החולים המבוקרת בקפדנות. עם זאת, לצורך עבודה חדשה זו, ביקשה ממנו קבוצה של פיזיקאים רפואיים לקחת את ההובלה בפרויקט מחקר שדרש את מומחיותו בבניית גלאי חלקיקים. "אני עדיין ממשיך את המחקר שלי בפיזיקה של נייטרינו, אבל אני מאמין שמה שאנחנו יכולים להציע הוא כל כך ייחודי וכדאי שרציתי להיות מעורב", אומר לאנג. "ככל שלמדתי יותר, הסתקרנתי יותר והתמכרתי לרעיון של טיפולי FLASH."

אמנם תידרש עבודה נוספת כדי לייעל את טכניקת ההדמיה בקרן לשימוש קליני, אבל לאנג מאמין שבטווח הקצר היא יכולה להציע כלי מחקר רב ערך שיעזור להבין את אפקט ה-FLASH. "אף אחד לא באמת יודע למה FLASH עובד, או בדיוק באילו פרמטרים של קרן יש להשתמש כדי להשיג את התוצאות הטובות ביותר", הוא אומר. "זה מעיד לי באופן די עמוק שאנחנו לא מבינים עד הסוף כיצד קרינה מקיימת אינטראקציה עם רקמה בריאה או סרטנית."

עם הכלי החדש הזה, טוען לאנג, ניתן יהיה לחקור את המנגנונים הפיזיים הפועלים במהלך טיפול ב-FLASH. "הטכניקה הזו יכולה לעזור לנו להבין איך הגוף האנושי מגיב לאחר שהוקרן אותו בפרצי אנרגיה כה עזים", הוא אומר. "זה מציע דרך לחקור את ההשפעות התלויות בזמן של ההקרנה, מה שנראה לי שלא נעשה בעבר באופן שיטתי".

עם זאת, לטווח ארוך יותר, המטרה היא ליצור שיטת טיפול מונחה תמונה שתמדוד את ההשפעות של כל הקרנה כדי ליידע ולעדכן את הטיפולים הבאים. גישות אדפטיביות כאלה אינן מעשיות עם פרוטוקולי טיפול קונבנציונליים, שבהם מנות קטנות יותר מועברות בסביבות 30 מפגשים יומיים, אך עשויות להיות כדאיות יותר עם טיפולי FLASH שעשויים לדרוש רק כמה מנות כדי לספק מספיק אנרגיה כדי למגר את הסרטן.

"בדיקת ההשפעות של כל הקרנה תשנה לחלוטין את הדינמיקה, הלוגיסטיקה והתוצאות של הטיפול", אומר לאנג. "בשילוב עם הבנה טובה יותר של האינטראקציות בין פרוטונים אנרגטיים לגוף האדם, פרוטוקולי FLASH אדפטיביים כאלה יכולים להיות בעלי השפעה מהפכנית על תוצאות המטופל."

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/